專利名稱：：自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種澆注料及其制備方法，尤其是涉及一種自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料及其制備方法，可廣泛用于工業(yè)高溫窯爐(鍋爐)的爐襯材料加工、施工等領(lǐng)域，以及化工行業(yè)的高溫反應(yīng)器、高溫輸送管道等部分保溫層材料的加工、施工等。
背景技術(shù)：
：陶瓷纖維是一種性能良好的輕質(zhì)耐火材料，陶瓷纖維爐襯的蓄熱量為磚砌爐襯的1/3，而重量僅為其1/10至1/20;陶瓷纖維的使用可大大減輕爐體重量，加快熱工窯爐的加熱速度。目前的陶瓷纖維毯、氈、板等制品強(qiáng)度較低，使用后會產(chǎn)生粉化，致使纖維質(zhì)爐體的壽命相對于磚砌爐襯降低?，F(xiàn)有已申請專利的耐火纖維澆注料(申請?zhí)?00510038071.1)雖然在澆注料中采用了大量的短陶瓷纖維，但是其僅利用了陶瓷纖維的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)作用；而其中澆注料的隔熱保溫作用則是通過澆注料中的聚苯乙烯顆粒和漂珠在后處理中留下的微小空洞所承擔(dān)，因此沒有有效地利用陶瓷纖維本身優(yōu)異的隔熱保溫性能。還有目前己經(jīng)被申請專利的顆粒狀耐火纖維澆注料(申請?zhí)?3210913.X)利用了陶瓷纖維的隔熱保溫性能，但是其澆注料的基質(zhì)部分卻采用了普通耐火澆注料的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，這會使得顆粒狀陶瓷纖維澆注料施工得到整體爐襯后，爐襯各處的隔熱、保溫性能不均勻，從而導(dǎo)致其保溫隔熱的能力下降；另外該專利中的顆粒狀陶瓷纖維(為便于描述，以下稱"陶瓷纖維顆粒")采用了有機(jī)樹脂外殼防水，它需要在澆注料的后續(xù)熱處理中，增加燒掉有機(jī)樹脂的操作工序，引起施工現(xiàn)場煙塵污染；另外燒掉有機(jī)樹脂后，在澆注料結(jié)構(gòu)中會留下大量纖維顆粒和基質(zhì)脫離所產(chǎn)生的縫隙，減弱基質(zhì)和集料(粒狀陶瓷纖維)之間的結(jié)合，降低爐襯的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。發(fā)朋內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，而提供一種耐高溫性能、隔熱性能好，且長期在高溫情況下使用后，爐襯中的陶瓷纖維不粉化的自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料。該澆注料具有較強(qiáng)的可施工性能和高溫穩(wěn)定性。本發(fā)明的另一個目的是提供上述自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料的制備方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料是由粒徑較大的陶瓷纖維顆粒和粒徑較小的陶瓷纖維顆粒經(jīng)配料混合為級配陶瓷纖維顆粒，再和基質(zhì)泥漿混合而成，各組分含量(重量)范圍為級配陶瓷纖維顆粒70%-10%，基質(zhì)泥漿30%-90%。在所述的級配陶瓷纖維顆粒中(重量按100%計(jì))，粒徑3—8毫米的陶瓷纖維顆粒占50%-90%、粒徑1-2毫米的陶瓷纖維顆粒占50%-腦。所述的基質(zhì)泥漿是由基礎(chǔ)配料、外加占基礎(chǔ)配料量30%-45%的聚乙烯醇溶液混合而成。其中基礎(chǔ)配料各組分含量范圍為(重量按100%計(jì))長度S7毫米的短陶瓷纖維10%—40%、粒徑幼.088腿的陶瓷粉體70%—40%、造泡劑5%—10%、增塑劑O.5%-5%、高溫結(jié)合劑14.5%_5%。所述的聚乙烯醇溶液的濃度為(重量)1%—5%。所述的高溫結(jié)合劑為高鋁水泥、水玻璃、硅溶膠、莫來石溶膠、A1(0H):,溶膠、Zr(0H、溶膠、三聚磷酸鈉、硅酸鹽水泥等中的一個或一個以上的組合。所述的造泡劑是由聚苯乙烯顆粒、漂珠、膨脹珍珠巖細(xì)顆粒、化學(xué)造泡劑等中的一種或一種以上組成。所述的聚苯乙烯顆粒、漂珠、膨脹珍珠巖細(xì)顆粒的粒徑為O.l—l毫米。所述的陶瓷纖維顆粒中纖維與基質(zhì)泥漿中陶瓷粉體具有一致的或接近的化學(xué)組成。本發(fā)明還提供了自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料的制備方法，它是按以下工藝、步驟進(jìn)行l(wèi).陶瓷纖維顆粒制備(1)將陶瓷纖維棉在水中經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片打散，變成細(xì)小的顆粒狀纖維團(tuán)，而后再脫出纖維團(tuán)內(nèi)部50%以上的水，經(jīng)造粒、成型為較為緊密的纖維顆粒。(2)將已成型的纖維顆粒浸滿一種可轉(zhuǎn)化為耐高溫組分的膠體，然后對其真空抽濾，再經(jīng)過干燥，使顆粒內(nèi)的膠體隨纖維顆粒中的毛細(xì)管向顆粒外表面擴(kuò)散，在顆粒外表面上固化形成一層薄硬質(zhì)外殼，顆粒內(nèi)部的少量殘留膠體將陶瓷纖維交連成剛性的三維多孔結(jié)構(gòu)，即形成了剛性陶瓷纖維顆粒，其空洞率達(dá)到90%以上。其中可轉(zhuǎn)化為耐高溫組分的膠體可以是水玻璃、硅溶膠、莫來石溶膠、Al(0H)3溶膠、Zr(OH)4溶膠等中的任意一種或一種以上的組合，膠體和其所處理的陶瓷纖維之間物理、化學(xué)性能兼容。(3)在配成顆粒澆注料之前，需要噴0.1%—10%的憎水表面活性劑，然后分級成粒徑l一2毫米和粒徑3—8毫米的兩種剛性陶瓷纖維顆粒。重新以重量占50%-90%的粒徑為3—8毫米的剛性陶瓷纖維顆粒，和重量占50%-10%的粒徑為l一2毫米的剛性陶瓷纖維顆粒進(jìn)行配料和混合，成為級配的陶瓷纖維顆粒。憎水表面活性劑可以是松香水等有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑加熱到100'C左右可全部揮發(fā)掉。2.基質(zhì)泥漿制備將長度<7毫米的短陶瓷纖維(重量占10%_40%)、粒徑幼.088mm的陶瓷粉體(重量占70%-40%)、造泡劑(重量比占5%-10%)、增塑劑(重量占0.5-5%)、高溫結(jié)合劑(重量占14.5%-5%)的配料為基礎(chǔ)(按100%計(jì))，再外加占基礎(chǔ)配料重量30%-45%的聚乙烯醇溶液，然后混合均勻所形成的泥漿，具有可在模具中澆注施工的流動度。所述的聚乙烯醇溶液濃度為1%-5%(重量)所述高溫結(jié)合劑為高鋁水泥、水玻璃、硅溶膠、莫來石溶膠、Al(OHh溶膠、Zr(0H)4溶膠、三聚磷酸鈉、硅酸鹽水泥等中的一個或一個以上的組合。3.澆注料制備將占總重量為70%-10%的級配的陶瓷纖維顆粒和占總重量為30%-90%的基質(zhì)泥漿進(jìn)行配料，然后攪拌均勻，獲得自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料，在模具中進(jìn)行澆注。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明的自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料(以下稱"澆注料")將陶瓷纖維以形成豐富細(xì)小孔洞的方式，和以其能對材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行彌散型纖維增強(qiáng)的方式進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，通過澆注成型獲得了陶瓷纖維材質(zhì)的自增強(qiáng)型整體爐襯結(jié)構(gòu)；這種爐襯結(jié)構(gòu)內(nèi)的陶瓷纖維顆粒是由陶瓷纖維被壓縮后，再由無機(jī)高溫膠體交連成三維剛性的富孔洞結(jié)構(gòu)；其表面的硬質(zhì)外殼經(jīng)后處理后，可成為能增強(qiáng)材料機(jī)械和高溫性能的陶瓷殼體。這種增強(qiáng)型的陶瓷纖維顆粒可以確保部分陶瓷纖維長期使用粉化后，仍能保持多孔洞的陶瓷結(jié)構(gòu)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，起到延長窯爐爐體壽命和節(jié)能保溫的效果，而目前的全陶瓷纖維爐襯材料自身沒有強(qiáng)度，另外長期使用后，陶瓷纖維會粉化導(dǎo)致窯爐爐體壽命縮短。(2)本發(fā)明澆注料中的陶瓷纖維顆粒具有較緊密壓縮的結(jié)構(gòu)，且不同粒徑的陶瓷纖維顆粒經(jīng)過粗細(xì)級配后，纖維顆粒之間形成的間隙小于30%，這樣的澆注料在高溫使用時(shí)的線收縮率將小于目前的全陶瓷纖維產(chǎn)品、陶瓷纖維澆注料產(chǎn)品、以及粒狀陶瓷纖維澆注料等爐襯產(chǎn)品。(3)本發(fā)明&澆注料中的基質(zhì)部分，采用了彌散性短陶瓷纖維增強(qiáng)和使用增孔劑在基質(zhì)中產(chǎn)生能降低導(dǎo)熱系數(shù)的豐富孔洞；而現(xiàn)有粒狀陶瓷纖維澆注料的基質(zhì)中沒有采用短陶瓷纖維進(jìn)行結(jié)構(gòu)增強(qiáng)和沒有采用增孔劑形成基質(zhì)中的孔洞去隔熱，因此本發(fā)明的澆注料具有的機(jī)械強(qiáng)度和隔熱效果比已有的粒狀陶瓷纖維澆注料要高。(4)本發(fā)明的澆注料中的陶瓷纖維顆粒，其外表為硬質(zhì)無機(jī)材料構(gòu)成，在高溫使用時(shí)會轉(zhuǎn)化為陶瓷結(jié)構(gòu)，能提高澆注爐膛的整體強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性；而現(xiàn)有的粒狀陶瓷纖維澆注料中的陶瓷纖維顆粒，其外表為有機(jī)樹脂材料構(gòu)成，在高溫使用時(shí)會分解留下許多間隙，這些間隙會削減爐膛的整體強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性能。具體實(shí)施方式為進(jìn)一步描述本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料及其制備方法作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1將硅酸鋁陶瓷纖維原棉(以下減稱"纖維棉")和水以重量比l:，攪拌葉片的轉(zhuǎn)速為100RMP，攪拌10分鐘后，將纖維棉剪切成直徑卜5毫米的小纖維團(tuán)；將上述小纖維團(tuán)在真空抽濾器上抽濾脫出部分水，然后再在成球盤上將上述小纖維團(tuán)滾成被壓縮的纖維顆粒；將上述纖維顆粒在硅溶膠(固含量30%)中浸泡，再通過真空抽濾過濾掉纖維顆粒中50%的液體，然后將這樣的纖維顆粒放入能加熱的圓盤?；瘷C(jī)(或圓筒粒化機(jī))中，使纖維顆粒邊滾動邊加熱，加熱的最高溫度100°C，獲得了外層有干硅膠硬殼的陶瓷纖維顆粒，這樣的剛性陶瓷纖維顆粒中的空洞率達(dá)到90%以上。將松香水以噴霧的方式噴到剛性陶瓷纖維顆粒的表面，對其進(jìn)行表面改性；然后分級成粒徑1-2毫米和粒徑3-8毫米的兩種陶瓷纖維顆粒，重新以30%的粒徑為1-2毫米的陶瓷纖維顆粒，和70%的粒徑為3-8毫米的陶瓷纖維顆粒進(jìn)行配料和混合，成為級配的陶瓷纖維顆粒。澆注料的基質(zhì)部分采用重量比為35%的短硅酸鋁陶瓷纖維、45%的蘇州土(一種耐火粘土，粒徑幼.046mm)、14%的硅膠、1%的塑性劑丙三醇、5%的造泡劑(松香粉體+燒堿)，以及在上述基礎(chǔ)上外加45%的聚乙烯醇溶液配料，并進(jìn)行拌勻，獲得基質(zhì)泥漿。將級配的陶瓷纖維顆粒和基質(zhì)漿料按重量比4:6進(jìn)行配料，然后攪拌10分鐘，獲得顆粒狀陶瓷纖維澆注料，在模具中進(jìn)行澆注，然后進(jìn)行烘干固化，烘干的最高溫度為120°C，烘干速度5"C/h，獲得整體爐襯。爐襯的體積密度為0.4克/厘米\常溫抗壓強(qiáng)度:4.5MPa，在90(TC保溫10h的線收縮率低于1%，在水中和空氣中各進(jìn)行5次熱震后，爐襯樣品的結(jié)構(gòu)完好；導(dǎo)熱系數(shù)低于0.2W/m.K。在90(TC保溫IOh后，爐襯樣品的強(qiáng)度提高了25%(6.0MPa)。實(shí)施例2-7與實(shí)施例1及本
發(fā)明內(nèi)容中介紹的工藝步驟基本相同，其組分和重量(％)如表1。表l自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料組分與重量(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表1中A-長度。毫米的短陶瓷纖維,B-陶瓷粉體，C-造泡劑,D-增塑劑，E-高溫結(jié)合劑，F(xiàn)-濃度為1%-5%的聚乙烯醇溶液；Ml-含鋯硅酸鋁陶瓷纖維，M2-含鉻硅酸鋁陶瓷纖維，M3-普通硅酸鋁陶瓷纖維，M4-多晶莫來石陶瓷纖維，M5-多晶氧化鋁陶瓷纖維，M6-多晶氧化鋯陶瓷纖維；從實(shí)施例2至實(shí)施例7的基礎(chǔ)配料中，陶瓷粉體依次分別是特級煅燒鋁釩土粉體、I級煅燒鋁釩土粉體、耐火粘土粉體、莫來石粉體、氧化鋁陶瓷粉體和部分穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷粉體，上述陶瓷粉體的粒徑≤0.088mra。表l的各實(shí)施例中，所用的增塑劑為丙三醇。其中實(shí)施例2:C-聚苯乙烯顆粒，E-高鋁水泥，F(xiàn)的濃度為5%。實(shí)施例3:C-漂珠+膨脹珍珠巖細(xì)顆粒，E-硅溶膠，F(xiàn)的濃度為3%。實(shí)施例4:C-漂珠，E-硅酸鹽水泥+水玻璃，F(xiàn)的濃度為3%。實(shí)施例5:C-聚苯乙烯顆粒，E-莫來石溶膠，F(xiàn)的濃度為3%。實(shí)施例6:C-化學(xué)造泡劑，E-莫來石溶膠，F(xiàn)的濃度為2%。實(shí)施例7:C-聚苯乙烯顆粒，E-Zr(OHh溶膠，F(xiàn)的濃度為淺。本發(fā)明所述的"陶瓷纖維顆粒"也可稱為"粒狀陶瓷纖維"。權(quán)利要求1.一種自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料，其特征在于它是由粒徑較大的陶瓷纖維顆粒和粒徑較小的陶瓷纖維顆粒經(jīng)配料混合為級配陶瓷纖維顆粒，再和基質(zhì)泥漿混合而成，各組分含量(重量)范圍為級配陶瓷纖維顆粒70％-10％，基質(zhì)泥漿30％-90％；在所述的級配陶瓷纖維顆粒中(重量按100％計(jì))，粒徑3-8毫米的陶瓷纖維顆粒占50％-90％、粒徑1-2毫米的陶瓷纖維顆粒占50％-10％；所述的基質(zhì)泥漿是由基礎(chǔ)配料、外加基礎(chǔ)配料量30％-45％的聚乙烯醇溶液混合而成，其中基礎(chǔ)配料各組分含量范圍為(重量按100％計(jì))長度≤7毫米的短陶瓷纖維10％-40％、粒徑≤0.088毫米的陶瓷粉體70％-40％、造泡劑5％-10％、增塑劑0.5％-5％、高溫結(jié)合劑14.5％-5％；所述的陶瓷纖維顆粒中陶瓷纖維與基質(zhì)泥漿中陶瓷粉體具有一致的或接近的化學(xué)組成。2.如權(quán)利要求1所述的自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料，其特征在于所述的聚乙烯醇溶液的濃度為(重量)1%_5%。3.如權(quán)利要求1或2所述的自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料，其特征在于所述的高溫結(jié)合劑為高鋁水泥、水玻璃、硅溶膠、莫來石溶膠、A1(0H):,溶膠、Zr(0Hh溶膠、三聚磷酸鈉、硅酸鹽水泥等中的一個或一個以上的組合。4.如權(quán)利要求1或2所述的自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料，其特征在于所述的造泡劑是由聚苯乙烯顆粒、漂珠、膨脹珍珠巖細(xì)顆粒、化學(xué)造泡劑等中的一種或一種以上組成。5.如權(quán)利要求4所述的自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料，其特征在于所述的聚苯乙烯顆粒、漂珠、膨脹珍珠巖細(xì)顆粒的粒徑為0.1_1毫米。6.如權(quán)利要求1或2所述的自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料，其特征在于所述的高溫結(jié)合劑為高鋁水泥、水玻璃、硅溶膠、莫來石溶膠、A1(0H)3溶膠、Zr(0H)4溶膠、三聚磷酸鈉、硅酸鹽水泥等中的一個或一個以上的組合，所述的造泡劑是由聚苯乙烯顆粒、漂珠、膨脹珍珠巖細(xì)顆粒、化學(xué)造泡劑等中的一種或一種以上組成。7.如權(quán)利要求6所述的自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料，其特征在于所述的聚苯乙烯顆粒、漂珠、膨脹珍珠巖細(xì)顆粒的粒徑為0.1—1毫米。8.—種自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料的制備方法，其特征在于它是按以下工藝、步驟進(jìn)行1)陶瓷纖維顆粒制備(1)將陶瓷纖維棉在水中經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片打散，變成細(xì)小的顆粒狀纖維團(tuán)，而后再脫出纖維團(tuán)內(nèi)部50%以上的水，經(jīng)造粒、成型為較為緊密的陶瓷纖維顆粒；(2)將已成型的陶瓷纖維顆粒浸滿一種可轉(zhuǎn)化為耐高溫組分的膠體，然后對其真空抽濾，再經(jīng)過干燥，在顆粒外表面上固化形成一層薄硬質(zhì)外殼，成為剛性陶瓷纖維顆粒；(3)在配成顆粒澆注料之前，需要在剛性陶瓷纖維顆粒表面噴0.1%—10%的憎水表面活性齊1」，然后分級成粒徑l一2毫米和粒徑3—8毫米的兩種剛性陶瓷纖維顆粒，重新以重量占50%-90%的粒徑為3一8毫米的陶瓷纖維顆粒，和重量占50%-10%的粒徑為l一2毫米的陶瓷纖維顆粒進(jìn)行配料和混合，成為級配的陶瓷纖維顆粒；2)基質(zhì)泥漿制備將長度^7毫米的短陶瓷纖維(重量占10%-40%)、粒徑幼.088mm的陶瓷粉體(重量占70%-40%)、造泡劑(重量比占5%-10%)、增塑劑(重量占0.5%-5%)、高溫結(jié)合劑(重量占14.5%-5%)的配料為基礎(chǔ)(按100%計(jì))，再外加占基礎(chǔ)配料重量30%-45%的聚乙烯醇溶液，然后混合均勻所形成的泥漿，具有可在模具中澆注施工的流動度；3)澆注料制備將占總重量為70%-10%的級配的陶瓷纖維顆粒和占總重量為30%-90%的基質(zhì)泥漿進(jìn)行配料，然后攪拌均勻，獲得陶瓷纖維顆粒澆注料。9.如權(quán)利要求8所述的自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料的制備方法，其特征在于所述的可轉(zhuǎn)化為耐高溫組分的膠體可以是水玻璃、硅溶膠、莫來石溶膠、A1(0H)3溶膠、Zr(OHh溶膠等中的任意一種或一種以上的組合，膠體和其所處理的陶瓷纖維之間物理、化學(xué)性能兼容；所述高溫結(jié)合劑為高鋁水泥、水玻璃、硅溶膠、莫來石溶膠、A1(0H):,溶膠、Zr(0H)4溶膠、三聚磷酸鈉、硅酸鹽水泥等中的一個或一個以上的組合。10.如權(quán)利要求8或9所述的自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料的制備方法，其特征在于所述的憎水表面活性劑可以是松香水等有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑加熱到IO(TC左右可全部揮發(fā)掉；所述的聚乙烯醇溶液濃度為1%-5%(重量)。全文摘要本發(fā)明公開了一種自增強(qiáng)型陶瓷纖維澆注料及其制備方法，它是由粒徑為3-8毫米的陶瓷纖維顆粒和粒徑為1-2毫米的陶瓷纖維顆粒經(jīng)配料混合為級配陶瓷纖維顆粒，再和基質(zhì)泥漿混合而成，各組分含量(重量)范圍為級配陶瓷纖維顆粒70％-10％、基質(zhì)泥漿30％-90％。所述的基質(zhì)泥漿是由基礎(chǔ)配料、外加基礎(chǔ)配料量30％-45％的聚乙烯醇溶液混合而成，其中基礎(chǔ)配料各組分含量范圍為(重量按100％計(jì))長度≤7毫米的短陶瓷纖維10％-40％、粒徑≤0.088毫米的陶瓷粉體70％-40％、造泡劑5％-10％、增塑劑0.5％-5％、高溫結(jié)合劑14.5％-5％。本發(fā)明制備的澆注料具有耐高溫性能、隔熱性能好，強(qiáng)度高，且長期在高溫情況下使用后，爐襯中的陶瓷纖維不粉化的特點(diǎn)。文檔編號C04B35/80GK101328073SQ200810145238公開日2008年12月24日申請日期2008年7月22日優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日發(fā)明者吳日銘,張廣虎,樊傳剛申請人:馬鞍山市金馬爐業(yè)有限責(zé)任公司